CH663270A5

CH663270A5 - HEATING ARRANGEMENT WITH A BURNER AND A HEAT EXCHANGER.

Info

Publication number: CH663270A5
Application number: CH5922/83A
Authority: CH
Inventors: Jorgen Hartvig Petersen
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1983-11-01
Publication date: 1987-11-30
Also published as: JPS59112106A; US4632658A; GB2130711A; SE8306420D0; FR2536509A1; DK526183A; SE8306420L; DE3243399C2; ATA378183A; AT389161B; DK526183D0; IT1159645B; NL8303777A; DE3243399A1; FR2536509B1; IT8368233A0; GB2130711B; SE454459B; CA1231888A; GB8331206D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanordnung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher bei der zwischen einem mit einer Endwand versehenen Hohlzylinder und einem koaxialen Einsatz ein von Einbauten freier Ringspalt gebildet ist, in dem die Verbrennungsgase vom Brenner zum Auslass strömen. The invention relates to a heating arrangement with a burner and a heat exchanger in which an annular gap free of internals is formed between a hollow cylinder provided with an end wall and a coaxial insert, in which the combustion gases flow from the burner to the outlet.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-PS 2 624 617) ist der Ringspalt über den im Hohlzylinder angeordneten Wärmetauscher hinaus verlängert. Ein der Brennstoffzufuhr und -mischung dienendes Brennersystem speist Brennstoff und Verbrennungsluft etwa tangential in diese Ringspaltverlängerung ein. Die Fortsetzung des Einsatzes bildet hierbei ein zylindrischer Kern aus feuerfestem Material. Der Brenner kann so ausgelegt sein, dass die Verbrennungsgase anfänglich eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 125 m/s haben. Trotz der hohen Geschwindigkeit ist eine sichere Zündung gewährleistet, weil sich eine schraubenförmige Strömung mit aufeinanderliegenden Strahlenwindungen ausbildet. Schwierigkeiten treten jedoch beim Anlauf auf. Die durch Funkenzündung jeweils gebildete Flamme ist wenig stabil und erlischt häufig unter der Abkühlung durch den zylindrischen Kern. Es ergeben sich starke Pulsationen und ein Ausstoss von Russ und unverbranntem Brennstoff. Erst wenn der Kern und der benachbarte Hohlzylinder eine ausreichend hohe Temperatur angenommen haben, zieht sich die Flammenspirale ausreichend zusammen, und die Pulsationen hören auf. Eine weitere Beschränkung liegt darin, dass zum Betrieb der Vorrichtung eine bestimmte Mindestleistung erforderlich ist. In a known device of this type (DE-PS 2 624 617) the annular gap is extended beyond the heat exchanger arranged in the hollow cylinder. A burner system used to supply and mix fuel feeds fuel and combustion air approximately tangentially into this annular gap extension. The continuation of the use is a cylindrical core made of refractory material. The burner can be designed so that the combustion gases initially have a flow velocity of at least 125 m / s. In spite of the high speed, a reliable ignition is guaranteed because a helical flow is formed with beam turns lying on top of each other. However, difficulties arise during start-up. The flame formed by spark ignition is not very stable and often extinguishes when cooled by the cylindrical core. There are strong pulsations and an emission of soot and unburned fuel. Only when the core and the neighboring hollow cylinder have reached a sufficiently high temperature does the flame spiral contract sufficiently and the pulsations stop. Another limitation is that a certain minimum power is required to operate the device.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine Anlaufphase mit reiner Flamme und ohne Pulsationen ermöglicht und bei der gleichzeitig die untere Leistungsgrenze erheblich gesenkt werden kann. In contrast, the invention is based on the object of specifying a device of the type described at the outset which enables a start-up phase with a pure flame and without pulsations and at the same time the lower power limit can be significantly reduced.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst. This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of patent claim 1.

Bei dieser Konstruktion lässt sich der Brennstoff stöchio-metrisch russfrei verbrennen, bildet eine stabile, pulsations-freie Flamme und bringt den Brennerkopf rasch auf hohe Temperaturen. Dies wird durch die Beheizung unterstützt, durch die beispielsweise der Brennstoff auf höhere Temperaturen gebracht werden oder vergasen kann oder durch die ein Brennstoffgas-Luft-Gemisch auch gezündet werden kann. Die Rauchgase geben ihre Wärme im Ringspalt an den Wärmetauscher ab. Wenn hierbei sehr geringe Brennstoffmengen verfeuert werden, ist die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend gering, und auf die Spiralbewegung der Gase im Ringspalt kann verzichtet werden. Wenn der Zentralbrenner bei grösseren Brennstoffmengen allein betrieben wird, sollten die in den Ringspalt umgeleiteten Verbrennungsgase eine ausreichende Rotation haben, die man durch tangentiale Luftzufuhr im Kanalsystem des Vergasungsbrenners und/oder entsprechende Leitschaufeln hervorrufen kann. With this design, the fuel can be burned stoichiometrically without soot, forms a stable, pulsation-free flame and quickly brings the burner head to high temperatures. This is supported by the heating, for example, by which the fuel can be brought to higher temperatures or gasified, or by which a fuel gas / air mixture can also be ignited. The flue gases give off their heat in the annular gap to the heat exchanger. If very small amounts of fuel are burned, the flow speed is correspondingly low and the spiral movement of the gases in the annular gap can be dispensed with. If the central burner is operated alone with large amounts of fuel, the combustion gases diverted into the annular gap should have sufficient rotation, which can be caused by tangential air supply in the gasification burner duct system and / or corresponding guide vanes.

2 2nd

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Günstig ist es, wenn der Zentralbrenner ein Vergasungsbrenner ist, bei dem die Brennstoffaufbereitungskammer ein mit einer elektrischen Heizvorrichtung versehenes Vergasungsrohr ist. Es kann dann flüssiger Brennerstoff in der Brennstoffaufbereitungskammer vergast und anschliessend stöchiometrisch russfrei verbrannt werden. It is expedient if the central burner is a gasification burner in which the fuel processing chamber is a gasification pipe provided with an electrical heating device. Liquid fuel can then be gasified in the fuel processing chamber and then burned stoichiometrically soot-free.

Ein besonders sanftes Anfahren ergibt sich, wenn im Bereich der Mündung der Brennstoffaufbereitungskammer eine Glühzone vorgesehen ist, die mittels einer Heizvorrichtung zum Glühen gebracht wird. Wenn beim Anlauf der erste gasförmige Brennstoff zugeführt wird oder der erste Tropfen des flüssigen Brennstoffs in die Brennstoffaufbereitungskammer gelangt und dort vergast, vermischt sich das Gas mit der in der Brennstoffaufbereitungskammer befindlichen Luft. Das zündfähige Gemisch wird an der Glühzone gezündet. Die so gebildete Zündflamme wird von dem nachfolgenden Brennstoffgas in den Raum innerhalb des Brennerrohres hinausgeschoben. Sie zündet dann das aus dem nachfolgenden Brennstoffgas und der über das Kanalsystem zugeführten Verbrennungsluft gebildete Gemisch. Dieser Vorgang ergibt ein sehr sicheres Zünden bei blauer oder durchsichtiger Flamme. A particularly gentle start-up results if a glow zone is provided in the area of the mouth of the fuel processing chamber, which is brought to glow by means of a heating device. When the first gaseous fuel is supplied during start-up or the first drop of liquid fuel reaches the fuel processing chamber and gasifies there, the gas mixes with the air in the fuel processing chamber. The ignitable mixture is ignited at the annealing zone. The ignition flame thus formed is pushed out by the subsequent fuel gas into the space inside the burner tube. It then ignites the mixture formed from the subsequent fuel gas and the combustion air supplied via the duct system. This process results in a very safe ignition with a blue or transparent flame.

Besonders empfehlenswert ist es jedoch, wenn das Brennerrohr aus einem Material besteht, das beim Betrieb des Vergasungsbrenners Glühtemperatur annimmt, und ein der Brennstoffzufuhr und -mischung dienendem Hauptbrenner zugeordneten Kanal, etwa tangential zum Ringspalt in Höhe des Brennerrohres angeordnet ist. Denn wenn das Brennrohr glüht, wird das Brennstoff-Luft-Gemisch, dass das Hauptsystem einspeist, sicher gezündet. Die Flamme ist stabil. Es treten keinerlei Pulsationen auf. Da eine Glühzündung sowohl beim Zentralbrenner als auch beim Hauptsystem erfolgt, kann die Mündung des Kanalsystems in den Raum innerhalb des Brennerrohres, dieser Raum und der Ringspalt von störenen Elementen für die Zündung freigehalten werden, so dass sich ein völlig rotationssymmetrisches Luftmuster ergibt. Die Glühzonen haben den weiteren Vorteil, dass im Falle des Abreissens der Flamme im Betrieb sowohl beim Zentralbrenner als auch beim Hauptsystem innerhalb der Sicherheitszeit ein Wiederanzünden erfolgt. Der Zentralbrenner kann nach der Anlaufphase in Abhängigkeit vom Brennstofftyp weiter in Betrieb gehalten oder vorzugsweise abgeschaltet werden. Die beiden Brennersysteme können daher gleichzeitig oder unabhängig voneinander arbeiten. Bei Verwendung beider Brennersysteme kann die Vorrichtung innerhalb eines bisher unerreicht grossen Leistungsbereichs betrieben werden, so dass der Modulationsbereich verdoppelt wird. Hierbei kann gasförmiger oder flüssiger Brennstoff unabhängig von der Brenn-stoffmenge verwendet werden. Insbesondere können mit dem der Brennstoffzufuhr und -mischung dienenden Hauptbrenner auch schwer brennbare Stoffe, wie zähflüssiges Heizöl, verschmutztes Öl oder Öl-Kohlen-Gemische (COM) stöchiometrisch verfeuert werden, und zwar herab bis zu einer Leistung von etwa 0,1 kg Brennstoff pro Stunde, was bisher nicht möglich war. It is particularly advisable, however, if the burner tube is made of a material which assumes an annealing temperature when the gasification burner is in operation, and a channel which is assigned to the main burner and serves to supply and mix fuel, is arranged approximately tangentially to the annular gap at the level of the burner tube. Because when the combustion tube glows, the fuel-air mixture that feeds the main system is ignited safely. The flame is stable. There are no pulsations. Since glow ignition occurs in both the central burner and the main system, the opening of the duct system into the space inside the burner tube, this space and the annular gap can be kept free of disturbing elements for the ignition, so that a completely rotationally symmetrical air pattern results. The annealing zones have the further advantage that if the flame is cut off during operation, both the central burner and the main system are re-ignited within the safety time. Depending on the fuel type, the central burner can be kept in operation or preferably switched off after the start-up phase. The two burner systems can therefore work simultaneously or independently of one another. When using both burner systems, the device can be operated within a previously unattainable large power range, so that the modulation range is doubled. Here, gaseous or liquid fuel can be used regardless of the amount of fuel. In particular, the main burner used to supply and mix fuel can also be used to stoichiometrically burn difficult-to-combustible substances such as viscous heating oil, contaminated oil or oil-coal mixtures (COM), down to an output of approximately 0.1 kg of fuel per Hour, which was previously not possible.

Vorzugsweise besteht das Brennerrohr aus einem dünnwandigen, keramischen Material. Infolgedessen ist schon nach sehr kurzer Zeit die Glühtemperatur erreicht. The burner tube preferably consists of a thin-walled, ceramic material. As a result, the annealing temperature is reached after a very short time.

Empfehlenswert ist ferner eine Leitvorrichtung zur Erzeugung eines äusseren Ringwirbels von Flammengasen mit einem Rückstrompfad längs des Innenumfangs des Brennerrohres. Dieser Ringwirbel schützt die frisch gebildete Flammen vor einer Abkühlung durch den Brennerkopf und erhöht dadurch die Stabilität der anfänglichen Flamme. Darüber hinaus sorgt er für eine sehr schnelle Erhitzung des Brennerrohres auf Glühtemperatur. A guide device for generating an outer ring vortex of flame gases with a return flow path along the inner circumference of the burner tube is also recommended. This ring vortex protects the newly formed flames from cooling down by the burner head and thereby increases the stability of the initial flame. In addition, it ensures that the burner tube heats up very quickly to the annealing temperature.

Die Leitvorrichtung kann mindestens einseitig eine konische Führungswand an der Mündung des Kanalsystems aufweisen, so dass die Verbrennungsluft in einem konischen Luftstrahl eingeleitet wird. Diese Strahlform führt zu einem äusseren Ringwirbel, der sich über die Flammenfront hinaus erstreckt und dann über einen verhältnismässig langen Weg längs des Innenumfangs des Brennerrohres zurückzirkuliert. The guide device can have a conical guide wall at least on one side at the mouth of the duct system, so that the combustion air is introduced in a conical air jet. This jet shape leads to an outer ring vortex which extends beyond the flame front and then circulates back along a relatively long path along the inner circumference of the burner tube.

Günstig ist es, wenn die Mündung des Kanalsystems eine axial einstellbare Spaltweite hat. Hiermit lässt sich die Geschwindigkeit der zuzuführenden Luft ändern. It is advantageous if the mouth of the channel system has an axially adjustable gap width. This can be used to change the speed of the air to be supplied.

Des weitern sind Leitmittel empfehlenswert, mit deren Hilfe die Luft rotierend dem Raum innerhalb des Brennerrohres zugeführt wird. Dies ergibt eine stabilere Flamme und ausgeprägtere äussere Ringwirbel. Furthermore, guidance means are recommended, with the aid of which the air is fed to the space inside the burner tube in a rotating manner. This results in a more stable flame and more pronounced outer ring vortices.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, dass das Kanalsystem zur Erzielung einer solchen Eintrittsgeschwindigkeit der Luft in den Raum innerhalb des Brennerrohres und einer solchen durch Eintrittswinkel und Rotation bestimmten Steigung der Luftströme ausgelegt ist, dass der äussere Ringwirbel unabhängig von der eingespeisten Brennstoffmenge die Flammenfront umgibt. Die Vorteile des äusseren Ringwirbels gelten daher unabhängig von der augenblicklichen Brennerleistung. In a preferred embodiment it is ensured that the duct system is designed to achieve such an entry velocity of the air into the space inside the burner tube and such an inclination of the air flows determined by the entry angle and rotation that the outer ring vortex surrounds the flame front regardless of the amount of fuel fed in . The advantages of the outer ring vortex therefore apply regardless of the current burner output.

Des weitern ist es empfehlenswert, wenn ein Rezirkula-tionspfad durch den Einsatz von einem dem Auslass vorgeschalteten Raum über Öffnungen in der ringförmigen Stirnwand zum Raum innerhalb des Brennerrohres vorgesehen ist. Auf diese Weise werden verhältnismässig kalte Verbrennungsgase in den Bereich der Flamme zurückgeführt. Sie beteiligen sich nicht an der Verbrennung, sondern kühlen die Flamme ab. Hierbei ist die rezirkulierte Rauchgasmenge selbstregelnd, d.h. eine Funktion der eingespeisten Brennstoffmenge. Die Gefahr der Bildung einer zu grossen Stickoxidmenge ist daher herabgesetzt. Furthermore, it is recommended that a recirculation path be provided through the use of a space upstream of the outlet via openings in the annular end wall to the space inside the burner tube. In this way, relatively cold combustion gases are returned to the area of the flame. They do not participate in the combustion, but cool the flame. The recirculated flue gas quantity is self-regulating, i.e. a function of the amount of fuel fed. The risk of an excessive amount of nitrogen oxide being formed is therefore reduced.

Insbesondere kann der Einsatz ein den Zentralbrenner umgebender Hohlzylinder sein. Das rezirkulierende Verbrennungsgas kühlt daher den Einsatz, der auf seiner Aus-senseite von heissen Verbrennungsgasen kontaktiert wird. In particular, the insert can be a hollow cylinder surrounding the central burner. The recirculating combustion gas therefore cools the insert, which is contacted on the outside by hot combustion gases.

Wenn die Brennstoff- und Verbrennungsluft-Zufuhr zum Zentralbrenner und/oder Hauptbrenner regelbar ist, kann die jeweilige Wärmeleistung innerhalb eines sehr grossen Bereiches der im jeweiligen Augenblick erforderlichen Wärmemenge angepasst werden. If the fuel and combustion air supply to the central burner and / or main burner can be regulated, the respective heat output can be adapted within a very large range to the amount of heat required at the particular moment.

Des weiteren kann dafür gesorgt sein, dass Zentralbrenner und der Hauptbrenner mit unterschiedlichen Brennstoffen betreibbar sind. Furthermore, it can be ensured that the central burner and the main burner can be operated with different fuels.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen : The invention is explained below with reference to the drawing of a preferred embodiment. Show it :

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung teilweise im Längsschnitt und Fig. 1 shows an inventive device partially in longitudinal section and

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung. Fig. 2 shows a partial longitudinal section through the lower part of the device.

Ein Hohlzylinder 1, der unten mit einer Endwand 2 und oben mit einem Deckel 3 versehen ist, wird über den grössten Teil seiner Länge durch einen Wärmetauscher 4 mit Einlass 5 und Auslass 6 und im unteren Teil durch eine Wand 7 aus feuerfestem Material gebildet. Konzentrisch im Hohlzylinder 1 ist ein dünnwandiger, hohlzylindrischer Einsatz 8 vorgesehen, der unten durch eine ringförmige Stirnwand 9 abgeschlossen ist und dem als Verlängerung ein Brennerrohr 10 zugeordnet ist. Dieses endet mit einem Abstand 11 von der Endwand 2. Zwischen Hohlzylinder 1 und Einsatz 8 bzw. Brennerrohr 10 verbleibt ein Ringspalt 12, der oben über einen Austrittsraum 13 mit einem Auslass 14 verbunden ist. In der Höhe des Brennerrohres 10 ist ein der Brennstoffzufuhr und -mischung dienendes Hauptsystem 44 mit einem A hollow cylinder 1, which is provided at the bottom with an end wall 2 and at the top with a cover 3, is formed over most of its length by a heat exchanger 4 with inlet 5 and outlet 6 and in the lower part by a wall 7 made of refractory material. A thin-walled, hollow-cylindrical insert 8 is provided concentrically in the hollow cylinder 1 and is closed at the bottom by an annular end wall 9 and to which a burner tube 10 is assigned as an extension. This ends at a distance 11 from the end wall 2. Between the hollow cylinder 1 and insert 8 or burner tube 10 there remains an annular gap 12 which is connected at the top via an outlet space 13 to an outlet 14. At the level of the burner tube 10 is a main system 44 serving for fuel supply and mixing

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10 10th

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4 4th

Brennstoffaufbereitungselement 45 und einem Tangential-kanal 46 vorgesehen, über den das Brennstoff-Luft-Gemisch in den Ringspalt 12 mit hoher Geschwindigkeit eingespeist werden kann. Die Verbrennungs- oder Rauchgase bilden dann eng aufeinanderliegende Strahlwindungen, die zu einer intensiven Wärmeabgabe im Bereich des Wärmetauschers 4 führen. Die ganze Vorrichtung ist mit einer Wärmeisolation 15 umgeben. Fuel processing element 45 and a tangential channel 46 are provided, via which the fuel-air mixture can be fed into the annular gap 12 at high speed. The combustion or flue gases then form closely coiled jet windings, which lead to intensive heat emission in the area of the heat exchanger 4. The entire device is surrounded by thermal insulation 15.

Wie Fig. 2 zeigt, ist im Innern des Einsatzes 8 im Anschluss an die Stirnwand 9 ein Zentralbrenner 16 angeordnet. Dieser weist eine Brennstoffaufbereitungskammer 17 in der Form eines Vergasungsrohres 18 auf, das mittels einer elektrischen Heizvorrichtung 19 beheizbar ist. Diese kann über Anschlüsse 20 und elektrische Zuleitungen 21 über eine Schaltvorrichtung 22 mit Spannung versorgt werden. Das Vergasungsrohr 18 und die Heizvorrichtung 19 sind mit einer Wärmeisolierung 23 versehen. Das Ganze ist in einem Gehäuse 24 gehalten, das am vorderen Ende eine Konuswand 25 aufweist. Das Gehäuse 24 bildet gleichzeitig die innere Begrenzung eines Kanalsystems 26 für die Zufuhr von Verbrennungsluft, das aussen durch einen Mantel 27 mit einer tangentialen Lufteintrittsöffnung 28 und einen über ein Gewinde 29 hiermit verbundenen Stirnteil 30 begrenzt ist. Das Stirnteil weist einen Flansch 31 zur Befestigung an der ringförmigen Stirnwand 9 und eine Konusfläche 32 auf. Die beiden Konusflächen 25 und 32 begrenzen einen Ringspalt 33, über den die durch ein Rohr 34 und das Kanalsystem 26 zugeführte Verbrennungsluft in einem rotierenden Konusstrahl austritt. As shown in FIG. 2, a central burner 16 is arranged inside the insert 8 following the end wall 9. This has a fuel processing chamber 17 in the form of a gasification tube 18, which can be heated by means of an electrical heating device 19. This can be supplied with voltage via connections 20 and electrical feed lines 21 via a switching device 22. The gasification pipe 18 and the heating device 19 are provided with thermal insulation 23. The whole is held in a housing 24 which has a cone wall 25 at the front end. The housing 24 simultaneously forms the inner boundary of a duct system 26 for the supply of combustion air, which is delimited on the outside by a jacket 27 with a tangential air inlet opening 28 and an end part 30 connected to it via a thread 29. The end part has a flange 31 for attachment to the annular end wall 9 and a conical surface 32. The two cone surfaces 25 and 32 delimit an annular gap 33, via which the combustion air supplied through a pipe 34 and the channel system 26 emerges in a rotating cone jet.

Am vorderen Ende des Vergasungsrohres 18 befindet sich eine Glühzone 35, die sich deshalb ergibt, weil ein Ring 36 die Wärmeabfuhr an der Heizvorrichtung 19 stärker behindert als die Wärmeisolation 23, und ausserdem deshalb, weil die Heizvorrichtung 19 in diesem Bereich eine grössere Leistungsabgabe aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Heizvorrichtung 19 die Form einer Hülse hat, die mehrfach von beiden Seiten her und einmal durchgehend geschlitzt ist, so dass am vorderen Ende ein grösserer Widerstand vorhanden ist. Wenn flüssiger Brennstoff über eine Leitung 37 zugeführt wird, findet im Vergasungsrohr 18 éine Vergasung statt. Das entstehende Brennstoffgas vermischt sich im Brennraum 38 mit der über den Ringspalt 33 zugeführten Verbrennungsluft zu einem brennfähigen Gemisch. Es entsteht eine Flammenfront 39. Aufgrund der Zuführung der Verbrennungsluft ergibt sich ferner ein innerer Ringwirbel 40 und ein äusserer Ringwirbel 41. Letzterer löst sich von der Aussenschicht der Flammenfront und verläuft längs des Brennerrohres 10 über ein erhebliches Stück rückwärts und anschliessend nach innen, wo die rezirkulierenden Teile wieder mit der Flamme vermischt werden. Dieser äussere Ringwirbel 41 schützt die Flamme vor anfänglicher Abkühlung durch das Brennerrohr 10 und erhitzt dieses rasch auf Glühtemperatur. At the front end of the gasification tube 18 there is an annealing zone 35 which arises because a ring 36 hinders the heat dissipation from the heating device 19 more than the heat insulation 23, and also because the heating device 19 has a greater power output in this area. This can happen, for example, in that the heating device 19 is in the form of a sleeve which is slit several times from both sides and once continuously, so that there is greater resistance at the front end. If liquid fuel is supplied via a line 37, gasification takes place in the gasification tube 18. The resulting fuel gas mixes in the combustion chamber 38 with the combustion air supplied via the annular gap 33 to form a combustible mixture. There is a flame front 39. Due to the supply of the combustion air, there is also an inner ring vortex 40 and an outer ring vortex 41. The latter detaches from the outer layer of the flame front and runs backwards along the burner tube 10 over a considerable distance and then inwards, where the recirculating parts are mixed again with the flame. This outer ring vortex 41 protects the flame from initial cooling by the burner tube 10 and heats it rapidly to the annealing temperature.

5 Beim Anfahren wird der erste zugeführte Brennstofftropfen vergast und vermischt sich mit der im Vergasungsrohr 18 befindlichen Luft. Das so gebildete brennfähige Gemisch wird an der Glühzone 35 gezündet. Die entstehende Zündflamme wird durch das nachfolgende Brennstoffgas in 5 When starting, the first drop of fuel supplied is gasified and mixes with the air in the gasification tube 18. The combustible mixture thus formed is ignited at the annealing zone 35. The resulting pilot flame is ignited by the following fuel gas

10 den Brennraum 38 geschoben. Das nachfolgende Gas bildet mit der über denRingspalt 33 zugeführten Verbrennungsluft ein Gemisch, das durch die Zündflamme gezündet wird. Dies ergibt einen sehr sanften Anlaufvorgang ohne Pulsationen. Brennstoff und Luft können so gemischt werden, dass sich eine stöchiometrische Verbrennung ohne Russerzeugung ergibt. 10 pushed the combustion chamber 38. The subsequent gas forms a mixture with the combustion air supplied via the annular gap 33, which is ignited by the pilot flame. This results in a very smooth start-up process without pulsations. Fuel and air can be mixed in such a way that there is stoichiometric combustion without soot production.

Das Brennerrohr 10 wird nicht nur von innen beheizt, sondern durch die in den Ringspalt 12 umgelenkten Verbrennungsgase auch von aussen. Desgleichen wird die Wand 7 durch Strahlung vom Brennerrohr 10 und durch die Verbrennungsgase aufgeheizt, so dass auch diese Wand bald Glühtemperatur annehmen kann. Wird nun das der Brennstoffzufuhr und -mischung dienende Hauptsystem 44 eingeschaltet, ergibt sich von Anfang an eine zuverlässige Zündung, eine vollständige Verbrennung bei durchsichtiger blauer Flamme und ein pulsationsfreier Betrieb. Je nach Leistungsbedarf können der Zentralbrenner 16, das Hauptsystem 44 allein oder beide gemeinsam betrieben werden. The burner tube 10 is not only heated from the inside, but also from the outside by the combustion gases deflected into the annular gap 12. Likewise, the wall 7 is heated by radiation from the burner tube 10 and by the combustion gases, so that this wall too can soon reach an annealing temperature. If the main system 44, which serves to supply and mix fuel, is switched on, reliable ignition, complete combustion with a transparent blue flame and pulsation-free operation result from the start. Depending on the power requirement, the central burner 16, the main system 44 can be operated alone or both together.

Ferner ist in der ringförmigen Stirnwand 9 eine Anzahl von Öffnungen 42 vorgesehen, über die ein Rezirkulationspfad 43 aus dem Raum 13 durch den Einsatz 8 und längs der Stirnwand 9 zur Wurzel der Flammenfront 39 entsteht. Dies führt zu einer Abkühlung der Flamme und damit zu einer Verminderung der Bildung von Schadstoffen. Der Ringspalt 33 kann durch Verdrehen des Mantels 27 auf dem Stirnteil 30 in seiner Grösse verändert werden, um optimale Bedingungen im Brennraum 38 einzustellen. Diese Rezirkulations-strömung bleibt auch erhalten, wenn der Zentralbrenner 16 abgeschaltet wird. Der Rezirkulationspfad 43 verläuft dann an der Innenseite des Brennerrohres 10 entlang und gelangt von unten in den Ringspalt 12. Das Brennerrohr 10 kann aus Stahl oder einem dünnwandigen keramischen Material bestehen. Die Brennstoffaufbereitungskammer 14 hat vorzugsweise eine Wandung aus Siliziumkarbid, das mit Siliziumgas dichtgemacht ist, oder einem anderen keramischen Material. Auch die übrigen verwendeten Teile müssen so gewählt sein, dass sie die im Betrieb auftretenden Temperaturen vertragen. Furthermore, a number of openings 42 are provided in the annular end wall 9, via which a recirculation path 43 is created from the space 13 through the insert 8 and along the end wall 9 to the root of the flame front 39. This leads to a cooling of the flame and thus to a reduction in the formation of pollutants. The size of the annular gap 33 can be changed by rotating the jacket 27 on the end part 30 in order to set optimal conditions in the combustion chamber 38. This recirculation flow is maintained even when the central burner 16 is switched off. The recirculation path 43 then runs along the inside of the burner tube 10 and reaches the annular gap 12 from below. The burner tube 10 can be made of steel or a thin-walled ceramic material. The fuel processing chamber 14 preferably has a wall of silicon carbide sealed with silicon gas or other ceramic material. The other parts used must also be selected so that they can withstand the temperatures that occur during operation.

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

663270 PATENTANSPRÜCH E663270 PATENT CLAIM E

1. Heizanordnung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher (4), bei der zwischen einem mit einer Endwand versehenen Hohlzylinder und einem koaxialen Einsatz ein von Einbauten freier Ringspalt gebildet ist, in dem die Verbrennungsgase vom Brenner (44) strömen, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Brennerein Hauptbrenner ist, dass das der Endwand (2) zugewandte Ende des Einsatzes (8) mit einer ringförmigen Stirnwand (9) und einem im Einsatz zentrisch angeordneten Zentralbrenner ( 16) für vergasten flüssigen oder gasförmigen Brennstoff versehen ist, der eine beheizbare, zentrische Brennstoffaufbereitungskammer (17) und ein Kanalsystem (26) für die Verbrennungsluft mit koaxialer Mündung (33) aufweist, und dass in Verlängerung des Einsatzes ein Brennerrohr (10) angeordnet ist, das mit Abstand von der Endwand des Hohlzylinders (1) endet. 1. Heating arrangement with a burner and a heat exchanger (4) in which an annular gap free of internals is formed between a hollow cylinder provided with an end wall and a coaxial insert, in which the combustion gases flow from the burner (44), characterized in that the The main burner is that the end of the insert (8) facing the end wall (2) is provided with an annular end wall (9) and a central burner (16) for gasified liquid or gaseous fuel which is arranged centrally in the insert and which has a heatable, central one Has fuel processing chamber (17) and a channel system (26) for the combustion air with coaxial mouth (33), and that in extension of the insert a burner tube (10) is arranged, which ends at a distance from the end wall of the hollow cylinder (1).

2. Heizanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbrenner ( 16) ein Vergasungsbrenner ist, bei dem die Brennstoffaufbereitungskammer 2. Heating arrangement according to claim 1, characterized in that the central burner (16) is a gasification burner in which the fuel processing chamber

( 17) ein mit einer elektrischen Heizvorrichtung (19) versehenes Vergasungsrohr ( 18) ist. (17) is a gasification pipe (18) provided with an electric heating device (19).

3. Heizanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündung der Brennstoffaufbereitungskammer (17) eine Glühzone (35) vorgesehen ist, die mittels einer Heiz Vorrichtung (19) zum Glühen gebracht wird. 3. Heating arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the region of the mouth of the fuel processing chamber (17) a glow zone (35) is provided, which is brought to glow by means of a heating device (19).

4. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennerrohr (10) aus einem Material besteht, das beim Betrieb des Zentralbrenners (16) Glühtemperatur annimmt, und dass ein der Brennstoffzufuhr und -mischung dienender, dem Hauptbrenner (44) zugeordneter Kanal (46) etwa tangential zum Ringspalt (12) in Höhe des Brenrierrohres angeordnet ist. 4. Heating arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the burner tube (10) consists of a material which assumes an annealing temperature during operation of the central burner (16), and in that a fuel supply and mixture serving, the main burner (44 ) assigned channel (46) is arranged approximately tangentially to the annular gap (12) at the level of the burner tube.

5. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennerrohr (10) aus einem dünnwandigen, keramischen Material besteht. 5. Heating arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the burner tube (10) consists of a thin-walled, ceramic material.

6. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitvorrichtung (25,32) zur Erzeugung eines äusseren Ringwirbels (41) von Flammengasen mit einem Rückstrompfad längs des Innenum-fangs des Brennerrohres (10) vorgesehen ist. 6. Heating arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that a guide device (25,32) for generating an outer ring vortex (41) of flame gases with a return flow path is provided along the inner circumference of the burner tube (10).

7. Heizanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (25,32) mindestens einseitig eine konische Führungswand an der Mündung (33) des Kanalsystems (26) aufweist, so dass die Verbrennungsluft in einem konischen Luftstrahl eingeleitet wird. 7. Heating arrangement according to claim 6, characterized in that the guide device (25,32) has at least on one side a conical guide wall at the mouth (33) of the channel system (26), so that the combustion air is introduced in a conical air jet.

8. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (33) des Kaiial-systems (26) eine axial einstellbare Spaltweite hat. 8. Heating arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mouth (33) of the quay system (26) has an axially adjustable gap width.

9. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Leitmittel (28) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Luft rotierend dem Raum (38) innerhalb des Brennerrohres (10) zugeführt wird. 9. Heating arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that guide means (28) are provided, by means of which the air is supplied to the space (38) rotating within the burner tube (10).

10. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem (26) zur Erzielung einer solchen Eintrittsgeschwindigkeit der Luft in den Raum (38) innerhalb des Brennerrohres (10) und einer solchen durch Eintrittswinkel und Rotation bestimmten Steigung der Luftströme ausgebildet ist, dass der äussere Ringwirbel (41) unabhängig von der eingespeisten Brennstoffmenge die Flammenfront umgibt. 10. Heating arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the channel system (26) to achieve such an entry speed of the air into the space (38) within the burner tube (10) and such a determined by the entry angle and rotation of the air flows It is designed that the outer ring vortex (41) surrounds the flame front regardless of the amount of fuel fed in.

11. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rezirkulationspfad (43) durch den Einsatz (8) von einem dem Auslass (14) vorgeschalteten Raum über Öffnungen (42) in der ringförmigen Stirnwand (9) zum Raum (38) innerhalb des Brennerrohres (10) vorgesehen ist. 11. Heating arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that a recirculation path (43) through the insert (8) from a space upstream of the outlet (14) via openings (42) in the annular end wall (9) to the space ( 38) is provided inside the burner tube (10).

12. Heizanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (8) ein den Zentralbrenner (16) umgebender Hohlzylinder ist. 12. A heating arrangement according to claim 11, characterized in that the insert (8) is a hollow cylinder surrounding the central burner (16).

13. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff- und Verbren-nungsluft-Zufuhr zum Zentralbrenner (16) und/oder zum Hauptbrenner (44) regelbar ist. 13. Heating arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the fuel and combustion air supply to the central burner (16) and / or to the main burner (44) can be regulated.

14. Heizanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Zentralbrenner (16) und Hauptbrenner (44) mit unterschiedlichen Brennstoffen betreibbar sind. 14. Heating arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the central burner (16) and main burner (44) can be operated with different fuels.